木材氰乙基化改性研究（Ⅱ）

利用ＮａＳＣＮ饱和的低浓度ＮａＯＨ水溶液作预润胀剂和催化剂，以丙烯腈作醚化剂对杉木进行氰乙基化改性。研究了丙烯腈用量、反应温度和时间、ＮａＯｈ浓度等对氰乙基化反应的影响。利用ＦＴＩＲ－Ｘ－ｒａｙ、ＴＭＡ、ＳＥＭ等对氰乙基化木材的微观结构和热塑性进行了研究和表征。     

纸浆纤维素苄基化及其反应动力学

通过纸浆纤维素的苄基化试验,研究反应温度和反应时间对苄基化产物取代度的影响,证明适当延长反应时间、提高反应温度有利于提高产物的取代度。傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪等对纸浆纤维素苄基化产物的分析表明:原料中的部分羟基被苄基取代,原有的结晶结构被破坏,产物热稳定性略有下降。维卡软化点和熔融温度测试显示产物的热塑性随取代度的增加而增加。本文还确定纸浆纤维素苄基化在4个不同温度下的反应速度常数,计算出纸浆苄基化反应的表观活化能为46.1kJ·mol-1。     

二次纤维的微波强化碱预处理及其氰乙基化改性研究

对二次纤维(SF)的微波强化碱预处理及其氰乙基化反应工艺及反应产物氰乙基化二次纤维(CSF)结构、性能和热塑化机理进行探讨.结果表明,在微波辐射功率200、400和600W的作用条件下,辐射特定时间都能明显提高SF的反应程度、缩短反应时间,微波连续辐射比间歇辐射更有利于提高SF的氰乙基化反应程度;SF的氰乙基化有消晶效果,CSF的结晶度降低随着含氮量的增加而不断降低、晶面间距增大;CSF具有热塑性,可热压成形;SF氰乙基化反应程度越高,CSF的热塑性能和力学性能越好;CSF之所以具有热塑化性,与SF引入取代基团—CH2CH2 CN,纤维素的结晶结构遭到破坏而促进纤维素大分子或链段的运动有关.     

K-卡拉胶与纳米微晶纤维素凝胶化的研究

K-卡拉胶和纳米微晶纤维素(CNC)共混时可以得到凝胶多糖。多糖总质量分数为1%,K-卡拉胶与纳米微晶纤维素的比例为9∶1时,可达到协同相互作用的最大值。研究了pH值和体系盐离子浓度对凝胶强度的影响,并通过FT-IR光谱和Raman光谱对这两种多糖之间的相互作用机理进行了初步的探讨。     

微波强化碱预处理对二次纤维结构及其氰乙基化反应的影响

研究了微波强化碱预处理对二次纤维(SF)化学结构、超分子结构、物理特性的影响,并通过与丙烯腈反应分析微波强化对二次纤维氰乙基化反应性能的影响,初步探讨了微波强化作用机理。结果表明,微波强化碱预处理二次纤维(WASF)的化学组分和晶型没有发生改变,但纤维素分子中的氢键受到部分破坏,结晶度下降,纤维变得疏松,表面和内部结构受到一定的损伤,保水值和可及度增大,反应活性提高。与碱预处理相比,微波强化碱预处理显著提高了二次纤维的氰乙基化反应性能,在同一辐射功率下,延长微波强化时间有利于氰乙基化反应,微波强化碱预处理氰乙基化二次纤维的含氮率由10.85%提高至17.80%。     

改性微晶纤维素凝胶流变性的研究

研究了一种新型食品添加剂－改性微晶纤维素凝胶的流变性质,并与其它产品进行对比,同时还对影响改性凝胶应用的因素加以分析。结果表明,此类改性凝胶符合Ｏｓｔｗａｄｅ幂方程的触变性流体,表现出良好的稳定性,坑酸碱性,更适用于液体食品的生产。     

杉木微晶纤维素制备工艺的研究

以杉木木材为原料，对杉木微晶纤维素的制备工艺进行了正交试验，选出了最佳的制备工艺。结果表明：3％Na2SO3、4％HCl、90℃下水解60min时得率最高；1％Na2SO3、6％HCl、94℃下水解30min时200目的通过率最高。     

微晶纤维素在Fe3+和稀盐酸联合催化下的水解动力学研究

以微晶纤维素为原料,在1 g/L的FeCl3存在下和2％的盐酸溶液体系中进行水解,根据水解属于串联反应的特点,研究了微晶纤维素在H+和Fe3+共同作用下的水解动力学规律.研究采用目标物产率与模型函数值残差(S)为最小确定模型函数,对实验数据进行了处理.结果表明:H+和Fe3+共同作用能显著降低纤维素水解和葡萄糖降解的活化能.其中,纤维素水解成为葡萄糖的活化能为81.70 kJ/mol,葡萄糖降解成为小分子的活化能为43.85 kJ/mol,在温度为130、140和150℃时,纤维素水解速率常数分别为0.0414、0.073 2和0.115 3 h-1,相应温度下葡萄糖降解速率常数分别为0.2053、0.2424和0.3565 h-1.     

马来酸乙基纤维素的制备与表征

为提高乙基纤维素的进一步应用,以乙基纤维素为原料,马来酸酐为衍生化试剂,制备了马来酸乙基纤维素,通过红外、核磁、X射线衍射、差示扫描量热(DSC)等手段对其结构及性质进行了表征,研究了反应各因素对产物取代度的影响,确定了马来酸乙基纤维素(ECMA)最佳反应条件为:马来酸酐与乙基纤维素中羟基总量物质的量之比为4:1,反应...     

不同活化方法对微晶纤维素结构和氧化反应性能的影响

分别采用超声波与碱润胀对微晶纤维素进行活化,比较了两种方法对微晶纤维素(MCC)超分子结构和物理特性的影响,并通过与高碘酸钠的反应分析了不同活化方法对微晶纤维素选择性氧化性能的影响,初步探讨了其作用机理。结果表明,超声波作用后微晶纤维素的晶型没有发生改变,晶粒尺寸基本不变,但是超声波能使纤维素分子中的氢键受到破坏,结晶度下降,结构变得疏松,表面和内部结构受到一定的损伤,比表面积和可及度增大,反应活性提高;碱润胀后,微晶纤维素的晶型发生了改变,为纤维素Ⅰ型和Ⅱ型的混合体,但碱润胀有消晶的作用,使晶区发生破裂,晶粒尺寸大幅度下降,比表面积显著增加。两种活化方法都能显著提高纤维素的选择性氧化性能,超声波和碱润胀活化后氧化纤维素(DAC)的醛基含量分别由未活化时的71.3 %提高到85.0 %和88.8 %。     

和稀盐酸联合催化下的水解动力学研究

以微晶纤维素为原料,在1 g/L的FeCl3存在下和2%的盐酸溶液体系中进行水解,根据水解属于串联反应的特点,研究了微晶纤维素在H+和Fe3+共同作用下的水解动力学规律。研究采用目标物产率与模型函数值残差(S)为最小确定模型函数,对实验数据进行了处理。结果表明:H+和Fe3+共同作用能显著降低纤维素水解和葡萄糖降解的活化能。其中,纤维素水解成为葡萄糖的活化能为81.70 kJ/mol,葡萄糖降解成为小分子的活化能为43.85 kJ/mol,在温度为130、140和150℃时,纤维素水解速率常数分别为0.041 4、0.073 2和0.115 3 h-1,相应温度下葡萄糖降解速率常数分别为0.205 3、0.242 4和0.356 5 h-1。     

高温高压制备微晶纤维素新工艺的研究

探讨处理温度、处理时间和盐酸浓度对高温高压制备微晶纤维素的影响,结果表明:从微晶纤维素得率角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸质量分数为2.5%、处理时间为180 min、水解温度为130℃;从表面膨胀体积角度,高温高压制备微晶纤维素的最佳工艺为:盐酸质量分数为1.0%、处理时间为120 min、水解温度为150℃。     

水热炭化微晶纤维素制备炭球-活性炭复合材料

以微晶纤维素(MC)为原料,柠檬酸为催化剂,活性炭为载体,经水热炭化法形成炭球并负载于活性炭的表面和孔内合成含氧官能团丰富的炭球-活性炭复合材料。用扫描电镜(SEM)、低温液氮吸附(N2/77K)、傅里叶红外(FT-IR)和水相三价铬吸附实验对炭球-活性炭复合材料的表面负载炭球形貌、孔隙结构、含氧官能团种类和重金属离子的吸附性能进行表征。研究表明:MC在柠檬酸的催化作用下,在水热条件下可以形成形貌良好、结构规整的炭球,炭球负载于活性炭表面和孔内部。炭化温度、炭化时间和MC质量浓度,均能影响炭球的粒径和数量。炭球-活性炭复合材料的表面富含—OH、COOH、C=O等含氧官能团;当MC质量浓度为2.0 g/L时,复合材料对Cr3+的单位质量吸附量最大为0.356 mg/g,是活性炭的5.65倍。     

聚乙烯亚胺 - 纤维素的合成及对胆红素吸附性能

以聚乙烯亚胺(PEI)为功能基团、微晶纤维素(MCC)为载体通过环氧氯丙烷将PEI接枝到MCC上,制得功能高分子吸附材料PEI-MCC,通过红外光谱、元素分析、X射线衍射对PEI-MCC进行结构表征;测定其对胆红素的吸附性能。结果表明PEI-MCC的合成条件为:在N2保护下,环氧化纤维素(EC)与PEI的质量比为1∶6,反应介质为pH值11的氢氧化钠水溶液40 mL,反应温度70℃,反应时间12 h;过滤产物,水洗至中性,40℃真空干燥24 h,得微黄色固体粉末PEI-MCC,此时结晶度为78.36%,含氮量5.27%。静态吸附测得PEI-MCC对胆红素吸附容量为9.23 mg/g,吸附达平衡的时间为4 h。     

解结晶对纤维素吸附纤维素酶的影响

为探讨解结晶处理提高酶水解效率的机理,对比研究了高结晶度的微晶纤维素(MCC)和低结晶度的解结晶微晶纤维素(D-MCC)对纤维素酶的吸附过程。结果发现:酶吸附平衡后,样品的XPS和FT-IR分析表明纤维素酶通过酶蛋白的氨基(—NH_2)与纤维素分子链上的羟基(—OH)之间以氢键(C—OH…NH)力吸附在MCC上;相同条件下得到的MCC和D-MCC吸附率曲线的差异表明,底物结构的改善比提高温度更能提高酶吸附率;比较纤维素酶对MCC和D-MCC在35℃下的吸附动力学可知,通过降低底物的结晶度可促进酶吸附,刚性结构的MCC更满足准一级动力学的假设,D-MCC表面结构相对松散,其吸附过程需进一步分析,以得到更适合的动力学方程。     

纳米纤维素晶体的制备及表征

采用超声波辅助硫酸水解、高速离心取其上清层水溶胶的方法由微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素晶体(NCC),并采用场发射透射电子显微镜(FETEM)、场发射环境扫描电子显微镜(FEGE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对所制备NCC的尺寸与形态、结构、组成和光谱性质进行分析。结果表明:FETEM和FEGE-SEM观察所制备纳米纤维素晶体形态相同,呈棒状,直径和长度主要分布在2～24nm和50～450nm;XRD图谱表明NCC仍属于纤维素Ⅰ型,结晶度为77.29%,晶粒尺寸为3～6nm;FTIR分析表明所制备的纳米纤维素晶体仍然具有纤维素的基本化学结构。     

纤维素与半纤维素热解过程的相互影响

以微晶纤维素为纤维素模型物,以木聚糖为半纤维素模型物,采用同步热分析仪(STA)及热重和傅立叶红外光谱仪联用技术(TG-FT-IR)对微晶纤维素、木聚糖以及两种成分不同比例的混合组分进行了研究,以考察纤维素和半纤维素在热解过程中的相互影响。结果表明微晶纤维素和木聚糖均有一狭窄的快速热解温度区间,而且两者热解区间不重合。在微商热失重(DTG)峰对应温度区间微晶纤维素热解有一明显的吸热峰,吸热量为547.98 J/g,木聚糖热解则有一个比DTG峰较晚出现的小吸热峰,吸热量为45.01 J/g。木聚糖与微晶纤维素的混合组分的热解研究中发现,在DTG曲线上有两个分别由它们热解引起的失重峰,随着组分中比例的变化两个热失重峰此消彼长。微晶纤维素的热解失重峰不仅往高温区移动,而且热解速率减缓,热失重范围变宽。在DSC曲线上有两个分别由木聚糖和微晶纤维素热解所引起的吸热峰,木聚糖的吸热峰受组分中比例的变化影响较小,而微晶纤维素吸热峰随着纤维素比例的下降而明显减小。FT-IR检测到的主要有气体产物为H2O、CH4、CO2和CO。木聚糖与微晶纤维素的混合组分热解产物析出规律总体上是两者热解产物析出的叠加,与单独热解相比组分的混合有利于CH4、CO的生成,而CO2的产量则有较大幅度的下降。